JP6798970B2 - Split ring resonator and metamaterial dynamic element - Google Patents

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Description

本発明は、分割リング共振器を用いたメタマテリアル動的素子に関するものである。 The present invention relates to a metamaterial dynamic element using a split ring resonator.

ミリ波・テラヘルツ波は、その物質に対する透過性や高い分解能からイメージングやレーダー技術等への応用が期待されている。しかし、その高い周波数ゆえに、回路内での伝搬損失が大きい。例えば、非特許文献1では、100GHz以上の周波数で4×4の平面アレーアンテナを用いる場合10dB以上の損失が生じる。そのため、ミリ波・テラヘルツ波帯の信号を低損失に取り扱う技術が求められている。 Millimeter waves and terahertz waves are expected to be applied to imaging and radar technologies because of their permeability to substances and high resolution. However, due to its high frequency, the propagation loss in the circuit is large. For example, in Non-Patent Document 1, when a 4 × 4 planar array antenna is used at a frequency of 100 GHz or more, a loss of 10 dB or more occurs. Therefore, there is a demand for a technique for handling signals in the millimeter wave / terahertz wave band with low loss.

材料の屈折率を設計することにより、空間系にて低損失に超高周波信号を制御可能なメタマテリアル技術は、超高周波帯空間系デバイスを実現する技術として期待されている。例えば、非特許文献2では、メタマテリアル素子の単位セルとして用いられる分割リング共振器を用いて、分割部の寸法を変化させることにより共振周波数をシフトさせ、共振周波数から離れた周波数領域を動作周波数とする事で低損失に透過位相量分布を形成し、メタマテリアルを透過する電磁波の伝搬を設計している。 Metamaterial technology that can control ultra-high frequency signals with low loss in a spatial system by designing the refractive index of the material is expected as a technology for realizing ultra-high frequency band spatial devices. For example, in Non-Patent Document 2, a split ring resonator used as a unit cell of a metamaterial element is used to shift the resonance frequency by changing the dimensions of the split portion, and the operating frequency is set in a frequency region away from the resonance frequency. By doing so, a transmission phase amount distribution is formed with low loss, and the propagation of electromagnetic waves transmitted through the metamaterial is designed.

図9に従来方式で用いられる代表的な分割リング共振器の構造を示す。分割部と平行なy軸方向の電界成分を有する入射波により、分割リング共振器に周回電流が励起される。この周回電流は、分割部およびリング部に由来する容量成分および誘導成分により決定されるLC共振周波数において最大となる。ここで、分割部のギャップGを変化させることにより共振周波数をシフトさせる場合、分割部のギャップGが大きい程容量成分が小さいため共振周波数は高い。一方、分割部のギャップGが小さいと容量成分が大きくなるため共振周波数も低くなる。 FIG. 9 shows the structure of a typical split ring resonator used in the conventional method. A circumferential current is excited in the split ring resonator by an incident wave having an electric field component in the y-axis direction parallel to the split portion. This orbital current is maximized at the LC resonance frequency determined by the capacitive and inductive components derived from the split and ring portions. Here, when the resonance frequency is shifted by changing the gap G of the divided portion, the larger the gap G of the divided portion, the smaller the capacitance component, and therefore the higher the resonance frequency. On the other hand, if the gap G of the divided portion is small, the capacitance component is large and the resonance frequency is also low.

こののように、分割リング共振器では、分割部のギャップGを変化させ、共振周波数をシフトさせることにより、共振周波数近傍における透過位相量変化を実現し、共振周波数より高く損失の少ない周波数領域において2次元の透過位相量分布を形成している。 In this way, in the split ring resonator, by changing the gap G of the split portion and shifting the resonance frequency, a change in the transmission phase amount in the vicinity of the resonance frequency is realized, and in a frequency region higher than the resonance frequency and having less loss. It forms a two-dimensional transmission phase amount distribution.

しかしながら、高利得のビームを形成する場合、波長に対して大きな開口面積が必要となり、任意の伝搬方向、ビーム幅、あるいは焦点距離を実現するのに必要な透過位相変化量が大きくなるため、2π[rad]の透過位相変化量が求められる。原理的に、散乱波の位相変化量は散乱体の共振周波数近傍において最大でπ[rad]であるため、散乱を受けずに透過する直接波と散乱波との足し合わせとして観測される透過波の位相変化量はπ[rad]以下となる。そのため、2π[rad]の透過位相量設計幅を実現するためにはメタマテリアルを、ある間隔で多層化しなければならないため、デバイスサイズが大きくなってしまうという問題がある。 However, when forming a high-gain beam, a large aperture area is required for the wavelength, and the amount of transmission phase change required to realize an arbitrary propagation direction, beam width, or focal length becomes large, so that 2π The amount of transmission phase change of [rad] is obtained. In principle, the amount of phase change of the scattered wave is π [rad] at the maximum near the resonance frequency of the scatterer, so the transmitted wave observed as the sum of the direct wave transmitted without being scattered and the scattered wave. The amount of phase change of is less than or equal to π [rad]. Therefore, in order to realize the transmission phase amount design width of 2π [rad], the metamaterial must be multi-layered at a certain interval, which causes a problem that the device size becomes large.

W.Shin,et al.,“A 108-112 GHz 4×4 Wafer-Scale Phased Array Transmitter with High-Efficiency On-Chip Antennas”,proc.of IEEE RFIC,pp.199-202,2012W.Shin, et al., “A 108-112 GHz 4 × 4 Wafer-Scale Phased Array Transmitter with High-Efficiency On-Chip Antennas”, proc.of IEEE RFIC, pp.199-202, 2012 D.Kitayama,et.al.,“Laminated metamaterial flat lens at millimeter-wave frequencies”,OPTICS EXPRESS,Vol.23,No.18,pp.23348-23356,2015D.Kitayama, et.al., “Laminated metamaterial flat lens at millimeter-wave frequencies”, OPTICS EXPRESS, Vol.23, No.18, pp.23348-23356, 2015

そこで、特願2017−159094の発明(以下、「先願発明」という。)において、図7に示すような、捻じれ構造を導入した分割リング共振器20を提案している。分割リング共振器20に捻じれ構造を導入することで、分割部24より再放射される散乱波が入射電磁波の電界成分(Ein)の方向と直交するようにし、散乱波のみを伝搬設計に用いることで、理論通りπ[rad]の位相設計幅を実現している。 Therefore, in the invention of Japanese Patent Application No. 2017-159094 (hereinafter referred to as "prior application invention"), a split ring resonator 20 having a twisted structure as shown in FIG. 7 is proposed. By introducing a twisted structure into the split ring resonator 20, the scattered wave re-radiated from the split portion 24 is made to be orthogonal to the direction of the electric field component (Ein) of the incident electromagnetic wave, and only the scattered wave is used for the propagation design. As a result, the phase design width of π [rad] is realized according to the theory.

さらに、図8に示すように、捻じれ方向を逆転することにより分割部に形成される電気双極子の極性を反転できるため、捻じれ方向の異なる分割リング共振器20を混在して配置することで、合計2π[rad]の位相設計幅を実現している。例えば、先願発明の構造の分割部24に可変容量素子を導入して、共振器の共振周波数を動的制御することによりπ[rad]の位相制御幅で透過波面の動的制御が可能となる。 Further, as shown in FIG. 8, since the polarity of the electric dipole formed in the split portion can be reversed by reversing the twist direction, the split ring resonators 20 having different twist directions are arranged in a mixed manner. Therefore, a total phase design width of 2π [rad] is realized. For example, by introducing a variable capacitance element into the split portion 24 of the structure of the prior invention and dynamically controlling the resonance frequency of the resonator, it is possible to dynamically control the transmitted wave surface with a phase control width of π [rad]. Become.

しかしながら、先願発明の構造をベースとして動的化する場合、捻じれ方向が片方向のみであるため位相制御幅はπ[rad]が最大となってしまう。大きなビームステアリング角度や集光機能の動的化を実現するには2π[rad]の透過位相量の制御幅を実現する必要があるので、先願発明の構造をベースとして動的化する場合には、単位セル構造を2層並べて積層する必要があり、これはデバイスサイズや実装難易度の点で不利益となる。 However, in the case of dynamicization based on the structure of the prior invention, since the twisting direction is only one direction, the phase control width becomes maximum at π [rad]. In order to realize a large beam steering angle and dynamic focusing function, it is necessary to realize a control range of the transmission phase amount of 2π [rad]. Therefore, when dynamicizing based on the structure of the prior invention. It is necessary to stack two layers of unit cell structures side by side, which is disadvantageous in terms of device size and mounting difficulty.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、従来に比べて透過位相量の制御幅が大きいメタマテリアル動的素子をより小さいデバイスサイズで実現し、実装容易性に優れるメタマテリアル動的素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and realizes a metamaterial dynamic element having a larger control range of the transmission phase amount than the conventional one with a smaller device size, and is excellent in mounting ease. It is an object of the present invention to provide a dynamic element.

上記課題を解決するために、本願発明の分割リング共振器では、環状の第1の導体部と、前記第1の導体部によって囲まれた空間内に形成された第2の導体部および第3の導体部と、前記第2の導体部と前記第3の導体部の間に形成された分割部とを備え、前記第2および第3の導体部と前記第1の導体部の間の電気的接続は、前記分割部の分割方向に対して垂直な方向に電界成分方向を有する入射電磁波により、前記第1の導体部の中心を含む面であって、前記入射電磁波の電界面と平行な面に対して非対称の周回電流が励起され、前記非対称の周回電流により前記分割部に誘起される電気双極子によって放射される散乱波が、前記入射電磁波の前記電界成分方向と直交する第1の方向の電界成分を有する第1の状態と、前記第1の方向と逆向きの第2の方向の電界成分を有する第2の状態とが排他的に存在するように設定される。 In order to solve the above problems, in the split ring resonator of the present invention, the annular first conductor portion, the second conductor portion and the third conductor portion formed in the space surrounded by the first conductor portion. The conductor portion and the divided portion formed between the second conductor portion and the third conductor portion are provided, and electricity between the second and third conductor portions and the first conductor portion is provided. The target connection is a surface including the center of the first conductor portion by an incident electromagnetic wave having an electric field component direction in a direction perpendicular to the dividing direction of the divided portion, and is parallel to the electric field surface of the incident electromagnetic wave. A first, in which an asymmetric orbital current is excited with respect to a surface, and a scattered wave emitted by an electric dipole induced in the divided portion by the asymmetrical orbital current is orthogonal to the electric field component direction of the incident electromagnetic wave. The first state having the electric field component in the direction and the second state having the electric field component in the second direction opposite to the first direction are set to exist exclusively.

上記課題を解決するために、本願発明の分割リング共振器では、環状の第1の導体部と、前記第1の導体部によって囲まれた空間内に、前記第1の導体部の2点と選択的に接続するように形成された第2の導体部および第3の導体部と、前記第2の導体部と前記第3の導体部の間に形成された分割部とを備え、第2の導体部および第3の導体部のそれぞれは、前記分割部を挟んで、前記第1の導体部の2点とそれぞれ第1のスイッチング素子、第2のスイッチング素子を介して選択的に接続され、前記第1および第2のスイッチング素子のそれぞれは、前記分割部を挟んで、第2の導体部および第3の導体部における対角の位置に配置されており、前記分割部の分割方向に対して垂直な方向に電界成分方向を有する入射電磁波により、前記第1の導体部の中心を含む面であって、前記入射電磁波の電界面と平行な面に対して非対称の周回電流が励起され、前記非対称の周回電流により前記分割部に誘起される電気双極子によって放射される散乱波が、前記入射電磁波の前記電界成分方向と直交する第1の方向の電界成分を有する第1の状態と、前記第1の方向と逆向きの第2の方向の電界成分を有する第2の状態とが排他的に存在するように、前記第1および第2のスイッチング素子のON/OFF状態が設定されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the split ring resonator of the present invention, the annular first conductor portion and the two points of the first conductor portion are provided in the space surrounded by the first conductor portion. A second conductor portion and a third conductor portion formed so as to be selectively connected, and a divided portion formed between the second conductor portion and the third conductor portion are provided, and the second conductor portion is provided. Each of the conductor portion and the third conductor portion is selectively connected to the two points of the first conductor portion via the first switching element and the second switching element, respectively, with the divided portion interposed therebetween. , Each of the first and second switching elements is arranged at diagonal positions in the second conductor portion and the third conductor portion with the divided portion interposed therebetween, and is arranged in the dividing direction of the divided portion. An incident electromagnetic wave having an electric field component direction in a direction perpendicular to the electric field excites an asymmetric orbital current with respect to a surface including the center of the first conductor portion and parallel to the electric field surface of the incident electromagnetic wave. A first state in which the scattered wave radiated by the electric dipole induced in the divided portion by the asymmetric orbital current has an electric field component in a first direction orthogonal to the electric field component direction of the incident electromagnetic wave. The ON / OFF states of the first and second switching elements are set so that the second state having the electric field component in the second direction opposite to the first direction exists exclusively. It is characterized by that.

上記課題を解決するために、本願発明の分割リング共振器では、環状の第1の導体部と、前記第1の導体部によって囲まれた空間内に、前記第1の導体部の2点とを接続するように形成された第2の導体部および第3の導体部と、前記第2の導体部と前記第3の導体部の間に形成された分割部とを備え、第2の導体部および第3の導体部のそれぞれは、前記分割部を挟んで、前記第1の導体部の2点とそれぞれ第1の可変抵抗素子、第2の可変抵抗素子を介して接続され、前記第1および第2の可変抵抗素子のそれぞれは、前記分割部を挟んで、第2の導体部および第3の導体部における対角の位置に配置されており、前記分割部の分割方向に対して垂直な方向に電界成分方向を有する入射電磁波により、前記第1の導体部の中心を含む面であって、前記入射電磁波の電界面と平行な面に対して非対称の周回電流が励起され、前記非対称の周回電流により前記分割部に誘起される電気双極子によって放射される散乱波が、前記入射電磁波の前記電界成分方向と直交する第1の方向の電界成分を有する第1の状態と、前記第1の方向と逆向きの第2の方向の電界成分を有する第2の状態とが排他的に存在するように、前記第1および第2の可変抵抗素子の抵抗値が設定されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the split ring resonator of the present invention, the annular first conductor portion and the two points of the first conductor portion are provided in the space surrounded by the first conductor portion. The second conductor is provided with a second conductor portion and a third conductor portion formed so as to connect the two conductor portions, and a divided portion formed between the second conductor portion and the third conductor portion. Each of the portion and the third conductor portion is connected to the two points of the first conductor portion via the first variable resistance element and the second variable resistance element, respectively, with the divided portion interposed therebetween. Each of the first and second variable resistance elements is arranged at diagonal positions in the second conductor portion and the third conductor portion with the divided portion interposed therebetween, with respect to the dividing direction of the divided portion. An incident electromagnetic wave having an electric field component direction in a vertical direction excites an asymmetric orbital current with respect to a surface including the center of the first conductor portion and parallel to the electric field surface of the incident electromagnetic wave. A first state in which a scattered wave radiated by an electric dipole induced in the divided portion by an asymmetric orbital current has an electric field component in a first direction orthogonal to the electric field component direction of the incident electromagnetic wave, and the above-mentioned The resistance values of the first and second variable resistance elements are set so that the first direction and the second state having the electric field component in the second direction opposite to the first direction exist exclusively. It is a feature.

また、前記第1の状態において、前記第1のスイッチング素子または前記第1の可変抵抗素子が電気的短絡状態、前記第2のスイッチング素子または前記第2の可変抵抗素子が電気的絶縁状態となるように設定され、前記第2の状態において、前記第1のスイッチング素子または第1の可変抵抗素子が電気的絶縁状態、前記第2のスイッチング素子または前記第2の可変抵抗素子が電気的短絡状態となるように設定されていてもよい。 Further, in the first state, the first switching element or the first variable resistance element is in an electrically short-circuited state, and the second switching element or the second variable resistance element is in an electrically insulated state. In the second state, the first switching element or the first variable resistance element is in an electrically insulated state, and the second switching element or the second variable resistance element is in an electrically short-circuited state. It may be set to be.

前記第1および第2のスイッチング素子または可変抵抗素子は、印加電圧または印加電流によってON状態又はOFF状態となるトランジスタで構成され、前記第1の状態において、前記第1のスイッチング素子または第1の可変抵抗素子を構成する前記トランジスタはON状態、前記第2のスイッチング素子または第2の可変抵抗素子を構成する前記トランジスタはOFF状態となるように構成され、 前記第2の状態において、前記第1のスイッチング素子または第1の可変抵抗素子を構成するトランジスタはOFF状態、前記第2のスイッチング素子または第2の可変抵抗素子を構成するトランジスタはON状態となるように構成されていてもよい。 The first and second switching elements or variable resistance elements are composed of transistors that are turned on or off depending on an applied voltage or an applied current, and in the first state, the first switching element or the first The transistor constituting the variable resistance element is configured to be in the ON state, and the transistor constituting the second switching element or the second variable resistance element is configured to be in the OFF state. In the second state, the first The transistor constituting the switching element or the first variable resistance element may be configured to be in the OFF state, and the transistor constituting the second switching element or the second variable resistance element may be configured to be in the ON state.

また、前記分割部は可変容量を備え、前記可変容量の容量値の値に応じて前記分割リング共振器の共振周波数が変更可能に構成されていてもよい。 Further, the divided portion may have a variable capacitance, and the resonance frequency of the divided ring resonator may be changed according to the value of the capacitance value of the variable capacitance.

上記課題を解決するために、本願発明のメタマテリアル動的素子では、分割リング共振器が単位セルを構成し、複数個の前記単位セルがアレー状に配置され、前記単位セルの各々における前記第1の状態または前記第2の状態を、前記単位セルの位置に応じて切り替え、前記可変容量の容量値を、前記単位セルの位置に応じて変化させるように構成されている。 In order to solve the above problems, in the metamaterial dynamic element of the present invention, a split ring resonator constitutes a unit cell, and a plurality of the unit cells are arranged in an array, and the first unit cell in each of the unit cells is arranged. The state of 1 or the second state is switched according to the position of the unit cell, and the capacity value of the variable capacity is changed according to the position of the unit cell.

上記課題を解決するために、本願発明のメタマテリアル動的素子では、請求項6に記載の分割リング共振器が単位セルを構成し、複数個の前記単位セルがアレー状に配置され、前記単位セルの各々における前記第1の状態または前記第2の状態を、前記単位セルの位置によらず一様に設定し、前記可変容量の容量値を、前記単位セルの位置によらず一様に変化させるように構成されている。 In order to solve the above problems, in the metamaterial dynamic element of the present invention, the split ring resonator according to claim 6 constitutes a unit cell, and a plurality of the unit cells are arranged in an array shape. The first state or the second state in each of the cells is set uniformly regardless of the position of the unit cell, and the capacity value of the variable capacity is uniformly set regardless of the position of the unit cell. It is configured to change.

このように、本発明によれば、従来に比べて透過位相量の制御幅が大きいメタマテリアル動的素子をより小さいデバイスサイズで実現し、実装容易性に優れるメタマテリアル動的素子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a metamaterial dynamic element having a larger control range of the transmission phase amount than the conventional one with a smaller device size, and to provide a metamaterial dynamic element having excellent mountability. Can be done.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る分割リング共振器の構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure of a split ring resonator according to a first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1の実施形態に係る分割リング共振器のZ型SRRとS型SRRの切り替えを説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining switching between a Z-type SRR and an S-type SRR of the split ring resonator according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第1の実施形態に係る分割リング共振器の散乱波の強度および位相の特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of the intensity and phase of the scattered wave of the split ring resonator according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1の実施形態に係る分割リング共振器の他の構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another structure of the split ring resonator according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第1の実施形態に係る分割リング共振器の散乱波の位相の特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the phase characteristics of the scattered wave of the split ring resonator according to the first embodiment of the present invention. 図6は、本発明の他の実施形態に係るメタマテリアル動的素子の構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the structure of a metamaterial dynamic device according to another embodiment of the present invention. 図7は、先願発明の捻じれ分割リング共振器の構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the structure of the twisted split ring resonator of the prior invention. 図8は、先願発明の捻じれ分割リング共振器の散乱波の強度および位相の特性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the intensity and phase characteristics of the scattered wave of the twisted split ring resonator of the prior invention. 図9は、従来の分割リング共振器の構造を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the structure of a conventional split ring resonator.

以下、本願発明の実施の形態について図面を用いて説明する。但し、本願発明は、多くの異なる形態で実施することが可能であり、以下に説明する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different forms, and is not construed as being limited to the description of the embodiments described below.

<捻じれ構造を有する分割リング共振器>
図9に示すように、従来の分割リング共振器30は、環状の第1の導体部31、第1の導体部内に形成された第2の導体部32、第3の導体部、および第2の導体部32と第3の導体部33の間に形成された分割部34によって構成されている。分割部34には、分割リング共振器に対して垂直に入射される電磁波の電界成分Einの方向に対して平行な方向の電解成分Esが形成されている。周回電流iが誘起されるLC共振モードが励起されると分割部に電気双極子が形成され、主に分割部34より再放射される散乱波と、散乱されずに透過した電磁波とが足しあわされて透過波として観測される。
<Split ring resonator with a twisted structure>
As shown in FIG. 9, the conventional split ring resonator 30 has an annular first conductor portion 31, a second conductor portion 32 formed in the first conductor portion, a third conductor portion, and a second conductor portion. It is composed of a divided portion 34 formed between the conductor portion 32 and the third conductor portion 33. The split portion 34 is formed with an electrolytic component E s in a direction parallel to the direction of the electric field component E in of the electromagnetic wave perpendicularly incident on the split ring resonator. When the LC resonance mode in which the orbital current i is induced is excited, an electric dipole is formed in the split section, and the scattered wave mainly re-radiated from the split section 34 and the electromagnetic wave transmitted without being scattered are added together. It is observed as a transmitted wave.

ここで、散乱されずに透過した電磁波と散乱波の電界成分の方向は一致しているため、両者を分離する事はできず、観測される透過波の位相変化は、散乱波の位相変化よりも小さくなってしまう。例えば、分割リング共振器の共振周波数近傍における散乱波の位相変化量はπ[rad]であるが、非特許文献2では、散乱されずに透過した電磁波と散乱波との足し合わせである透過波の位相変化の設計幅はπ/3[rad]となる。 Here, since the directions of the electromagnetic waves transmitted without being scattered and the electric field components of the scattered waves are the same, the two cannot be separated, and the phase change of the observed transmitted waves is based on the phase change of the scattered waves. Will also be smaller. For example, the amount of phase change of the scattered wave in the vicinity of the resonance frequency of the split ring resonator is π [rad], but in Non-Patent Document 2, the transmitted wave is the sum of the electromagnetic wave transmitted without being scattered and the scattered wave. The design width of the phase change of is π / 3 [rad].

これに対して、図7の先願発明の分割リング共振器20の構造では、分割リング共振器20における分割部24が捻じれた構造をしており、分割部24の分割方向は入射電磁波の電界成分Einの方向に対して垂直となっている。 On the other hand, in the structure of the split ring resonator 20 of the prior invention of FIG. 7, the split portion 24 of the split ring resonator 20 has a twisted structure, and the split direction of the split portion 24 is the incident electromagnetic wave. It is perpendicular to the direction of the electric field component E in .

さらに、図7の構造では、第1の導体部21の中心を含む面であって、入射電磁波の伝搬方向と電界成分Einの方向が形成する面と平行な面に対して、周回電流iが流れる経路が非対称となるように周回電流の経路が構成されているため、分割部24の分割方向と垂直な電界方向成分を有する電磁波によりLC共振モードが励起され、分割部24に電気双極子が誘起される。この電気双極子が放射する散乱波の電界成分の方向は入射電磁波の電界成分Einの方向と直交しているため、例えば、偏光板や偏波依存性の大きなアンテナ等を用いることで散乱波のみを観測することが可能である。 Further, in the structure of FIG. 7, the orbital current i is relative to the surface including the center of the first conductor portion 21 and parallel to the surface formed by the propagation direction of the incident electromagnetic wave and the direction of the electric field component E in. Since the path of the orbiting current is configured so that the path through which the current flows is asymmetric, the LC resonance mode is excited by an electromagnetic wave having an electric field direction component perpendicular to the division direction of the division portion 24, and the electric dipole is generated in the division portion 24. Is induced. Since the direction of the electric field component of the scattered wave emitted by this electric dipole is orthogonal to the direction of the electric field component E in of the incident electromagnetic wave, for example, by using a polarizing plate or an antenna having a large polarization dependence, the scattered wave It is possible to observe only.

先願発明における散乱波は共振周波数近傍においてπ[rad]の位相変化を生じるため、散乱波のみを観測することで、従来の図9の構造に比べて位相設計幅を大きくすることができる。さらに、分割部の捻じれ方向が図7(b)のように逆になると、分割部24に形成される電気双極子の極性が図7(a)に対して反転するため、図7(b)の分割部により再放射される散乱波の位相は図7(a)の分割部により再放射される散乱波の位相に対してπ[rad]ずれる。これにより、先願発明では、図8に示すように、図7(a)Z型SRR(Sprit Ring Resonator)の分割共振器の構造と図7(b)のS型SRRの分割共振器の構造の両方を用いることで、共振周波数近傍で2π[rad]の位相設計幅を実現することができる。
<第1の実施の形態>
Since the scattered wave in the prior invention causes a phase change of π [rad] in the vicinity of the resonance frequency, the phase design width can be increased by observing only the scattered wave as compared with the conventional structure of FIG. Further, when the twisting direction of the split portion is reversed as shown in FIG. 7 (b), the polarity of the electric dipole formed in the split portion 24 is reversed with respect to FIG. 7 (a), so that FIG. 7 (b) The phase of the scattered wave re-radiated by the divided portion of FIG. 7 (a) is π [rad] shifted from the phase of the scattered wave re-radiated by the divided portion of FIG. 7 (a). As a result, in the prior invention, as shown in FIG. 8, the structure of the split resonator of the Z-type SRR (Sprit Ring Resonator) of FIG. 7 (a) and the structure of the split resonator of the S-type SRR of FIG. 7 (b). By using both of these, a phase design width of 2π [rad] can be realized in the vicinity of the resonance frequency.
<First Embodiment>

図1は、本発明の第1の実施形態に係る分割リング共振器の構造を示す図である。図1の分割リング共振器10は、環状の第1の導体部11、第1の導体部11に囲まれた空間内に第1の導体部11に接続するように形成された第2の導体部12、第3の導体部13、および第2の導体部12と第3の導体部13の間に形成された分割部14によって構成されている。本発明は、第1の導体部11と、第2の導体部12および第3の導体部13との間の電気的な接続状態を制御することで、1つのメタマテリアル素子で図7(a)のZ型SRRと図7(b)のS型SRRの両方の機能を実現するものである。 FIG. 1 is a diagram showing a structure of a split ring resonator according to a first embodiment of the present invention. The split ring resonator 10 of FIG. 1 is a second conductor formed so as to be connected to the first conductor portion 11 in a space surrounded by the annular first conductor portion 11 and the first conductor portion 11. It is composed of a portion 12, a third conductor portion 13, and a divided portion 14 formed between the second conductor portion 12 and the third conductor portion 13. According to the present invention, by controlling the electrical connection state between the first conductor portion 11, the second conductor portion 12, and the third conductor portion 13, one metamaterial element is used in FIG. 7 (a). ) And the S-type SRR of FIG. 7B are realized.

第2の導体部12は、分割部14を挟んで2つの可変抵抗素子15a、15bを介して第1の導体部11と接続されており、同様に、第3の導体部13は、分割部14を挟んで2つの可変抵抗素子15b、15aを介して第1の導体部11と接続されており、さらに、可変抵抗素子15a、15bは、分割部14を挟んで、対角の位置に配置されている。図1では、第2、第3の導体部と第1の導体部の間に設置された可変抵抗素子の抵抗値を制御することによって、第2の導体部12、第3の導体部13と第1の導体部11の間の電気的な接続状態を制御し、Z型SRRとS型SRRを電気的に切り替えるように構成されている。 The second conductor portion 12 is connected to the first conductor portion 11 via two variable resistance elements 15a and 15b with the division portion 14 interposed therebetween. Similarly, the third conductor portion 13 is the division portion. The variable resistance elements 15a and 15b are connected to the first conductor portion 11 via two variable resistance elements 15b and 15a with the 14 in between, and the variable resistance elements 15a and 15b are arranged at diagonal positions with the division portion 14 in between. Has been done. In FIG. 1, the second conductor portion 12 and the third conductor portion 13 are formed by controlling the resistance value of the variable resistance element installed between the second and third conductor portions and the first conductor portion. It is configured to control the electrical connection state between the first conductor portions 11 and electrically switch between the Z-type SRR and the S-type SRR.

尚、図1では、分割リング共振器として、角環状の第1の導体部を用いた構成を説明したが、角環状の第1の導体部の代わりに、円環状の第1の導体部を用いても同様の機能を実現することができる。以下の説明においても同様である。 Although the configuration in which the angular first conductor portion is used as the split ring resonator is described in FIG. 1, the annular first conductor portion is used instead of the angular annular first conductor portion. The same function can be realized by using it. The same applies to the following description.

また、図1の構成例では、第2の導体部12、第3の導体部13を第1の導体部11と可変抵抗素子を介して接続し、この可変抵抗素子の抵抗値を制御するように構成しているが、この可変抵抗素子の代わりにスイッチング素子を設置して、このスイッチング素子のON/OFF状態を制御することにより、Z型SRRとS型SRRを電気的に切り替えるように構成してもよい。 Further, in the configuration example of FIG. 1, the second conductor portion 12 and the third conductor portion 13 are connected to the first conductor portion 11 via a variable resistance element, and the resistance value of the variable resistance element is controlled. However, by installing a switching element instead of this variable resistance element and controlling the ON / OFF state of this switching element, it is configured to electrically switch between Z-type SRR and S-type SRR. You may.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る分割リング共振器のZ型SRRとS型SRRの切り替えを説明するための図である。図2において、対角の位置にある可変抵抗素子RVZ(15a)の値が、別の対角の位置にある可変抵抗素子RVS(15b)の値に対して十分小さい場合、例えば、トランジスタ等のスイッチ素子を用いて、可変抵抗素子RVZ(15a)が電気的短絡状態、可変抵抗素子RVS(15b)が電気的絶縁状態に設定した場合には、分割部14と垂直な電界成分を有する入射電磁波Einによって励起されるLC共振時に流れる周回電流iは、図7(a)のZ型SRRと同様となる。一方、RVSがRVZに対して十分小さい場合、例えば、可変抵抗素子RVZ(15a)が電気的絶縁状態、可変抵抗素子RVS(15b)が電気的短絡状態に設定した場合には、LC共振時に流れる周回電流iが、図7(b)で説明したS型SRRと同様となる。 FIG. 2 is a diagram for explaining switching between a Z-type SRR and an S-type SRR of the split ring resonator according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, when the value of the variable resistance element R VZ (15a) at the diagonal position is sufficiently smaller than the value of the variable resistance element R VS (15b) at another diagonal position, for example, a transistor. When the variable resistance element R VZ (15a) is set to the electrically short-circuited state and the variable resistance element R VS (15b) is set to the electrically insulated state by using a switch element such as, the electric current component perpendicular to the dividing portion 14 is set. The orbital current i flowing at the time of LC resonance excited by the incident electromagnetic wave E in having the above is the same as that of the Z-type SRR of FIG. 7A. On the other hand, when R VS is sufficiently smaller than R VZ , for example, when the variable resistance element R VZ (15a) is set to the electrically insulated state and the variable resistance element R VS (15b) is set to the electrically short-circuited state, The orbital current i flowing during LC resonance is the same as the S-type SRR described with reference to FIG. 7B.

図3は、本発明の第1の実施形態に係る分割リング共振器の散乱波の強度および位相の特性を示す図である。図3に示すように、RVZ≪RVSの時とRVZ≫RVSの時では、散乱波の位相がπ[rad]ずれるので、第1の導体部と第2、3の導体の間に設置された可変抵抗素子の抵抗値を制御することで、1つのメタマテリアル素子でZ型SRRとS型SRRの両方の機能を実現することができる。 FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of the intensity and phase of the scattered wave of the split ring resonator according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the case of R VZ << R VS and R VZ >> R VS , the phase of the scattered wave is shifted by π [rad], so that between the first conductor portion and the second and third conductors. By controlling the resistance value of the variable resistance element installed in the above, it is possible to realize both the functions of the Z-type SRR and the S-type SRR with one metamaterial element.

さらに、図4、5に示すように、本実施形態の分割リング共振器11の分割部14に可変容量素子CV(16)を導入することで、分割リング共振器11の共振周波数を変化させることができるので、CVおよびRVZ、RVSを制御することにより、2π[rad]の散乱波位相の制御幅を実現することができる。 Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the resonance frequency of the split ring resonator 11 is changed by introducing the variable capacitance element CV (16) into the split portion 14 of the split ring resonator 11 of the present embodiment. Therefore, by controlling C V, R VZ , and R VS , it is possible to realize a control range of the scattered wave phase of 2π [rad].

ここで、可変抵抗素子RVZ、RVSは、例えば、電界効果トランジスタ(FET)やバイポーラトランジスタ(BJT)を用いて実現することができる。FETを用いる場合には、ドレインとソース間の抵抗をゲートに印加する電圧により可変制御し、BJTを用いる場合には、コレクタとエミッタ間の抵抗をベースに流す電流により可変制御することができる。この場合、印加電圧または印加電流を制御することにより、可変抵抗素子RVZ、RVSの抵抗値を制御することができる。 Here, the variable resistance elements R VZ and R VS can be realized by using, for example, a field effect transistor (FET) or a bipolar transistor (BJT). When the FET is used, the resistance between the drain and the source can be variably controlled by the voltage applied to the gate, and when the BJT is used, the resistance between the collector and the emitter can be variably controlled by the current flowing through the base. In this case, the resistance values of the variable resistance elements R VZ and R VS can be controlled by controlling the applied voltage or the applied current.

また、可変抵抗素子の代わりに設けられるスイッチング素子についても、同様に、電界効果トランジスタ(FET)やバイポーラトランジスタ(BJT)を用いて実現することができる、この場合には、印加電圧等によって、電界効果トランジスタ等のON/OFF状態を制御すればよい。 Further, a switching element provided instead of the variable resistance element can also be realized by using a field effect transistor (FET) or a bipolar transistor (BJT). In this case, an electric field is applied depending on an applied voltage or the like. The ON / OFF state of the effect transistor and the like may be controlled.

また、可変容量素子CVは、例えば、ダイオードを用いて実現することができる。ダイオードのアノードとカソードに逆バイアスを印加することにより空乏層を発生させ、アノードとカソード間の電圧を制御することにより空乏層を変化させ、静電容量を可変制御することができる。 Further, the variable capacitance element CV can be realized by using, for example, a diode. A depletion layer can be generated by applying a reverse bias to the anode and cathode of the diode, and the depletion layer can be changed by controlling the voltage between the anode and cathode, and the capacitance can be variably controlled.

なお、電磁波の発生および検出には直線偏波の電磁波を放出可能なアンテナ(Txアンテナ)および検出可能なアンテナ(Rxアンテナ)を用いればよい。本発明のメタマテリアル素子は、Txアンテナの前方において、Txアンテナが放出する入射波が本発明のメタマテリアル素子が形成されている面に対して垂直に入射するように配置する。入射波は本発明の素子により散乱され、当該散乱波は入射波の偏波と直交した偏波成分を有する。 An antenna capable of emitting linearly polarized electromagnetic waves (Tx antenna) and a detectable antenna (Rx antenna) may be used for generation and detection of electromagnetic waves. The metamaterial element of the present invention is arranged in front of the Tx antenna so that the incident wave emitted by the Tx antenna is vertically incident on the surface on which the metamaterial element of the present invention is formed. The incident wave is scattered by the element of the present invention, and the scattered wave has a polarization component orthogonal to the polarization of the incident wave.

本発明では、この入射波の偏波と直交した偏波成分の散乱波を伝搬制御に用いる。Rxアンテナは、当該散乱波を検出するため、入射波の偏波と直交した偏波成分を検出可能な角度で配置する。Rxアンテナは、本発明のメタマテリアル素子を透過型として用いる場合は、本発明の素子を挟んでTxアンテナと反対側に配置すればよい。すなわち「Txアンテナ」−「メタマテリアル素子」−「Rxアンテナ」の順に配置すればよい。また、本発明の素子を反射型として用いる場合は、Txアンテナを挟んで本発明の素子と反対側に配置すればよい。すなわち「Rxアンテナ」−「Txアンテナ」−「メタマテリアル素子」の順に配置すればよい。 In the present invention, a scattered wave having a polarization component orthogonal to the polarization of the incident wave is used for propagation control. In order to detect the scattered wave, the Rx antenna arranges a polarization component orthogonal to the polarization of the incident wave at a detectable angle. When the metamaterial element of the present invention is used as a transmissive type, the Rx antenna may be arranged on the opposite side of the Tx antenna with the element of the present invention interposed therebetween. That is, "Tx antenna"-"metamaterial element"-"Rx antenna" may be arranged in this order. When the element of the present invention is used as a reflective type, it may be arranged on the opposite side of the element of the present invention with the Tx antenna sandwiched between them. That is, "Rx antenna"-"Tx antenna"-"metamaterial element" may be arranged in this order.

以上述べたように、本発明の第1の実施の形態によれば、散乱波のみを検出することが可能な分割リング共振器の構造においてZ型とS型を電気的に切り替える事が可能となり、さらに、分割リング共振器の共振周波数を可変容量素子により変化させることで、散乱波位相を2π[rad]の範囲で動的に制御することが可能となる。これにより、1つの分割リング共振器により、2π[rad]の位相設計幅を実現することができるので、デバイスサイズが小さく、実装容易性に優れるメタマテリアル動的素子を提供することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to electrically switch between Z type and S type in the structure of the split ring resonator capable of detecting only scattered waves. Further, by changing the resonance frequency of the split ring resonator by the variable capacitance element, the scattered wave phase can be dynamically controlled in the range of 2π [rad]. As a result, a phase design width of 2π [rad] can be realized by one split ring resonator, so that it is possible to provide a metamaterial dynamic element having a small device size and excellent mounting ease.

<その他の実施の形態>
図6に示すように、本発明の分割リング共振器を端子セルとして、複数の単位セルを基板50上にアレー状に配置することにより2次元アレーを形成し、散乱波位相がπ[rad]異なる領域を動的に制御することにより、0/πのフレネルゾーンプレート型回折レンズの特性を制御できるメタマテリアル動的素子を実現することができる。
<Other embodiments>
As shown in FIG. 6, a two-dimensional array is formed by arranging a plurality of unit cells in an array on the substrate 50 using the split ring resonator of the present invention as a terminal cell, and the scattered wave phase is π [rad]. By dynamically controlling different regions, it is possible to realize a metamaterial dynamic element capable of controlling the characteristics of a 0 / π Fresnel zone plate type diffractive lens.

また、本発明の分割リング共振器の構造を用いて2次元アレーを形成し、散乱波位相が式(1)になるように、可変容量素子およびS型SRR/Z型SRRの切り替えを制御すれば、2次元アレーにおいて入射電磁波の伝搬方向を偏向可能なメタマテリアル動的素子を実現することができる。ここで、xおよびyは本発明の単位セルがアレー化されている面における座標、Φ(x,y)は、座標(x,y)における散乱波位相、λは入射波の波長、θは偏向角である。 Further, a two-dimensional array is formed using the structure of the split ring resonator of the present invention, and switching between the variable capacitance element and the S-type SRR / Z-type SRR is controlled so that the scattered wave phase becomes the equation (1). For example, it is possible to realize a metamaterial dynamic element capable of deflecting the propagation direction of an incident electromagnetic wave in a two-dimensional array. Here, x and y are the coordinates on the plane where the unit cell of the present invention is arrayed, Φ (x, y) is the scattered wave phase at the coordinates (x, y), λ is the wavelength of the incident wave, and θ is The deflection angle.

Figure 0006798970
Figure 0006798970

また、散乱波の位相が式(2)になるように可変容量素子およびS型SRR/Z型SRRの切り替えを制御すると、本発明の構造がアレー化されている面から距離f0の位置に散乱波が集光するレンズ機能を動的に制御できるメタマテリアル動的素子を実現できる。 Further, when the switching between the variable capacitance element and the S-type SRR / Z-type SRR is controlled so that the phase of the scattered wave becomes the equation (2), the structure of the present invention is scattered at a distance f0 from the arrayed surface. It is possible to realize a metamaterial dynamic element that can dynamically control the lens function in which waves are focused.

Figure 0006798970
Figure 0006798970

また、2次元アレーにおける単位セルの各々を座標によらず一様に電圧制御し、共振周波数をシフトさせることで、共振周波数においては入射電磁波の偏波が90°回転し、共振周波数から外れた周波数領域においては偏波が回転しないといった動的偏波スイッチ機能を有するメタマテリアル動的素子を実現できる。 Further, by uniformly controlling the voltage of each unit cell in the two-dimensional array regardless of the coordinates and shifting the resonance frequency, the polarization of the incident electromagnetic wave is rotated by 90 ° at the resonance frequency and deviates from the resonance frequency. It is possible to realize a metamaterial dynamic element having a dynamic polarization switch function such that polarization does not rotate in the frequency domain.

本発明は、分割リング共振器を用いたメタマテリアル動的素子に適用することができる。 The present invention can be applied to a metamaterial dynamic device using a split ring resonator.

10、10a〜10d、20、30…分割リング共振器、11、12、13…第1の導体部、12、22、32…第2の導体部、13、23、33…第3の導体部、14、24、34…分割部、15a、15b…可変抵抗素子、16…可変容量素子、50…基板。 10, 10a to 10d, 20, 30 ... Divided ring resonators, 11, 12, 13 ... First conductor portion, 12, 22, 32 ... Second conductor portion, 13, 23, 33 ... Third conductor portion , 14, 24, 34 ... Divided portion, 15a, 15b ... Variable resistance element, 16 ... Variable capacitance element, 50 ... Substrate.

Claims (8)

環状の第1の導体部と、前記第1の導体部によって囲まれた空間内に形成された第2の導体部および第3の導体部と、前記第2の導体部と前記第3の導体部の間に形成された分割部とを備え、
前記第2および第3の導体部と前記第1の導体部の間の電気的接続は、
前記分割部の分割方向に対して垂直な方向に電界成分方向を有する入射電磁波により、前記第1の導体部の中心を含む面であって、前記入射電磁波の電界面と平行な面に対して非対称の周回電流が励起され、
前記非対称の周回電流により前記分割部に誘起される電気双極子によって放射される散乱波が、前記入射電磁波の前記電界成分方向と直交する第1の方向の電界成分を有する第1の状態と、前記第1の方向と逆向きの第2の方向の電界成分を有する第2の状態とが排他的に存在するように設定される
分割リング共振器。
An annular first conductor portion, a second conductor portion and a third conductor portion formed in a space surrounded by the first conductor portion, the second conductor portion, and the third conductor portion. It has a split part formed between the parts,
The electrical connection between the second and third conductors and the first conductor is
Due to the incident electromagnetic wave having the electric field component direction in the direction perpendicular to the dividing direction of the divided portion, the surface including the center of the first conductor portion and parallel to the electric field surface of the incident electromagnetic wave. An asymmetric orbital current is excited,
A first state in which the scattered wave radiated by the electric dipole induced in the split portion by the asymmetric orbital current has an electric field component in a first direction orthogonal to the electric field component direction of the incident electromagnetic wave. A split ring resonator set so that a second state having an electric field component in a second direction opposite to the first direction exists exclusively.
環状の第1の導体部と、
前記第1の導体部によって囲まれた空間内に、前記第1の導体部の2点と選択的に接続するように形成された第2の導体部および第3の導体部と、
前記第2の導体部と前記第3の導体部の間に形成された分割部とを備え、
第2の導体部および第3の導体部のそれぞれは、前記分割部を挟んで、前記第1の導体部の2点とそれぞれ第1のスイッチング素子、第2のスイッチング素子を介して選択的に接続され、
前記第1および第2のスイッチング素子のそれぞれは、前記分割部を挟んで、第2の導体部および第3の導体部における対角の位置に配置されており、
前記分割部の分割方向に対して垂直な方向に電界成分方向を有する入射電磁波により、前記第1の導体部の中心を含む面であって、前記入射電磁波の電界面と平行な面に対して非対称の周回電流が励起され、
前記非対称の周回電流により前記分割部に誘起される電気双極子によって放射される散乱波が、前記入射電磁波の前記電界成分方向と直交する第1の方向の電界成分を有する第1の状態と、前記第1の方向と逆向きの第2の方向の電界成分を有する第2の状態とが排他的に存在するように、前記第1および第2のスイッチング素子のON/OFF状態が設定されること
を特徴とする分割リング共振器。
The first annular conductor and
In the space surrounded by the first conductor portion, a second conductor portion and a third conductor portion formed so as to selectively connect to the two points of the first conductor portion, and
A divided portion formed between the second conductor portion and the third conductor portion is provided.
Each of the second conductor portion and the third conductor portion selectively sandwiches the divided portion via the two points of the first conductor portion and the first switching element and the second switching element, respectively. Connected,
Each of the first and second switching elements is arranged at diagonal positions in the second conductor portion and the third conductor portion with the divided portion interposed therebetween.
Due to the incident electromagnetic wave having the electric field component direction in the direction perpendicular to the dividing direction of the divided portion, the surface including the center of the first conductor portion and parallel to the electric field surface of the incident electromagnetic wave. An asymmetric orbital current is excited,
A first state in which the scattered wave emitted by the electric dipole induced in the split portion by the asymmetric orbital current has an electric field component in a first direction orthogonal to the electric field component direction of the incident electromagnetic wave, and The ON / OFF states of the first and second switching elements are set so that the second state having the electric field component in the second direction opposite to the first direction exists exclusively. A split ring resonator characterized by that.
環状の第1の導体部と、
前記第1の導体部によって囲まれた空間内に、前記第1の導体部の2点とを接続するように形成された第2の導体部および第3の導体部と、
前記第2の導体部と前記第3の導体部の間に形成された分割部とを備え、
第2の導体部および第3の導体部のそれぞれは、前記分割部を挟んで、前記第1の導体部の2点とそれぞれ第1の可変抵抗素子、第2の可変抵抗素子を介して接続され、
前記第1および第2の可変抵抗素子のそれぞれは、前記分割部を挟んで、第2の導体部および第3の導体部における対角の位置に配置されており、
前記分割部の分割方向に対して垂直な方向に電界成分方向を有する入射電磁波により、前記第1の導体部の中心を含む面であって、前記入射電磁波の電界面と平行な面に対して非対称の周回電流が励起され、
前記非対称の周回電流により前記分割部に誘起される電気双極子によって放射される散乱波が、前記入射電磁波の前記電界成分方向と直交する第1の方向の電界成分を有する第1の状態と、前記第1の方向と逆向きの第2の方向の電界成分を有する第2の状態とが排他的に存在するように、前記第1および第2の可変抵抗素子の抵抗値が設定されること
を特徴とする分割リング共振器。
The first annular conductor and
In the space surrounded by the first conductor portion, the second conductor portion and the third conductor portion formed so as to connect the two points of the first conductor portion, and the third conductor portion.
A divided portion formed between the second conductor portion and the third conductor portion is provided.
Each of the second conductor portion and the third conductor portion is connected to the two points of the first conductor portion via the first variable resistance element and the second variable resistance element, respectively, with the divided portion interposed therebetween. Being done
Each of the first and second variable resistance elements is arranged at diagonal positions in the second conductor portion and the third conductor portion with the divided portion interposed therebetween.
Due to the incident electromagnetic wave having the electric field component direction in the direction perpendicular to the dividing direction of the divided portion, the surface including the center of the first conductor portion and parallel to the electric field surface of the incident electromagnetic wave. An asymmetric orbital current is excited,
A first state in which the scattered wave radiated by the electric dipole induced in the split portion by the asymmetric orbital current has an electric field component in a first direction orthogonal to the electric field component direction of the incident electromagnetic wave. The resistance values of the first and second variable resistance elements are set so that the second state having the electric field component in the second direction opposite to the first direction exists exclusively. A split ring resonator characterized by.
前記第1の状態において、前記第1のスイッチング素子または前記第1の可変抵抗素子が電気的短絡状態、前記第2のスイッチング素子または前記第2の可変抵抗素子が電気的絶縁状態となるように設定され、前記第2の状態において、前記第1のスイッチング素子または第1の可変抵抗素子が電気的絶縁状態、前記第2のスイッチング素子または前記第2の可変抵抗素子が電気的短絡状態となるように設定されていること
を特徴とする請求項2または3記載の分割リング共振器。
In the first state, the first switching element or the first variable resistance element is in an electrically short-circuited state, and the second switching element or the second variable resistance element is in an electrically insulated state. In the second state, the first switching element or the first variable resistance element is in an electrically insulated state, and the second switching element or the second variable resistance element is in an electrically short-circuited state. The split ring resonator according to claim 2 or 3, wherein the split ring resonator is set as follows.
前記第1および第2のスイッチング素子または可変抵抗素子は、印加電圧または印加電流によってON状態又はOFF状態となるトランジスタで構成され、
前記第1の状態において、前記第1のスイッチング素子または第1の可変抵抗素子を構成する前記トランジスタはON状態、前記第2のスイッチング素子または第2の可変抵抗素子を構成する前記トランジスタはOFF状態となるように構成され、 前記第2の状態において、前記第1のスイッチング素子または第1の可変抵抗素子を構成するトランジスタはOFF状態、前記第2のスイッチング素子または第2の可変抵抗素子を構成するトランジスタはON状態となるように構成されていること、
を特徴とする請求項4記載の分割リング共振器。
The first and second switching elements or variable resistance elements are composed of transistors that are turned on or off depending on the applied voltage or current.
In the first state, the transistor constituting the first switching element or the first variable resistance element is in the ON state, and the transistor constituting the second switching element or the second variable resistance element is in the OFF state. In the second state, the transistor constituting the first switching element or the first variable resistance element is in the OFF state, and the second switching element or the second variable resistance element is configured. The transistor to be used must be configured to be in the ON state.
4. The split ring resonator according to claim 4.
前記分割部は可変容量を備え、前記可変容量の容量値の値に応じて前記分割リング共振器の共振周波数が変更可能に構成されていること
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の分割リング共振器。
Any one of claims 1 to 5, wherein the divided portion has a variable capacitance, and the resonance frequency of the divided ring resonator can be changed according to the value of the capacitance value of the variable capacitance. The split ring resonator described in the section.
請求項6に記載の分割リング共振器が単位セルを構成し、複数個の前記単位セルがアレー状に配置され、
前記単位セルの各々における前記第1の状態または前記第2の状態を、前記単位セルの位置に応じて切り替え、前記可変容量の容量値を、前記単位セルの位置に応じて変化させるように構成されていること
を特徴とするメタマテリアル動的素子。
The split ring resonator according to claim 6 constitutes a unit cell, and a plurality of the unit cells are arranged in an array.
The first state or the second state in each of the unit cells is switched according to the position of the unit cell, and the capacity value of the variable capacity is changed according to the position of the unit cell. A metamaterial dynamic element characterized by being
請求項6に記載の分割リング共振器が単位セルを構成し、複数個の前記単位セルがアレー状に配置され、
前記単位セルの各々における前記第1の状態または前記第2の状態を、前記単位セルの位置によらず一様に設定し、前記可変容量の容量値を、前記単位セルの位置によらず一様に変化させるように構成されていること
を特徴とするメタマテリアル動的素子。
The split ring resonator according to claim 6 constitutes a unit cell, and a plurality of the unit cells are arranged in an array.
The first state or the second state in each of the unit cells is uniformly set regardless of the position of the unit cell, and the capacity value of the variable capacity is set regardless of the position of the unit cell. A metamaterial dynamic element characterized in that it is configured to change in the same way.
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